(一)扁平化的課程結構
創客空間支持下的STEAM課程群包含的各門課程在內容上相互獨立、課程目標各不相同,但彼此之間又是緊密銜接、互相依靠的關系。如圖1所示,各種STEAM課程組成了STEAM課程群,是一種扁平化的課程體系設計??紤]到STEAM做為校內選修課程,很難自行建立嚴密的課程知識體系,扁平化看似簡單,其實是一種睿智的選擇。各門STEAM課程的學習雖然沒有規定其前后關系,但其難度通過不同星級予以區別,其中一星最易、三星最難。在高一第一學期,基本上以開設一星難度的STEAM課程為主。
圖1創客空間支持下的STEAM課程群建設示意圖
部分STEAM課程的簡介如下:
《Arduino創意機器人》課程選擇國際最著名的開源機器人平臺Arduino,遵循STEAM的教學理念,結合打孔器、3D打印機、激光切割機等工具,DIY個性化的機器人,培養學生的設計能力、動手能力、邏輯思維能力和實踐創新能力。
《跟我學App Inventor》課程結合MIT實驗室的App Inventor軟件展開教學。學生在運用App Inventor平臺進行手機應用創意開發時充分利用手機上的各種傳感器對實際獲得的數據進行建模、應用。
《互動媒體技術》課程是一門涵蓋計算機、智能手機、傳感器技術和人工智能技術相關教學內容的課程。通過研究互動媒體作品中“有趣”的人機互動技術,學生可以自己動手設計、制作互動媒體作品,體驗技術在生活中的應用,提高STEAM素養。
《物聯網與大數據》課程關注的是物聯網技術。學生根據實際需求來搭建硬件、編寫程序,模擬實現物物相連。該課程可提高學生閱讀Arduino程序的能力,學會基本程序修改及利用物聯網解決實際問題。
《數學視界下的3D打印》課程設計了“初識3D打印”“3D數學博物館”“SCAD基本操作”“SCAD基礎立體模型”“SCAD基本語言”“SCAD綜合應用”等專題,使學生了解數學3D建模的過程,重在培養學生的建模意識,提高學生的推理論證、運算求解、數據處理、語言組織、語言表達等基本能力。
從上述培養目標中,可看出該STEAM課程群內容豐富,重點突出,能很好地培養學生綜合運用學科知識(生物、化學、地理、物理等)理解并改造自然界的能力,正確理解、使用、管理以及評價技術的能力,發現以及解決真實情境下數學問題時的邏輯分析與交流能力以及對技術的工程設計與開發過程的理解能力。
(二)環環相扣的教學實踐
STEAM課堂強調學生在“雜亂無章”的學習情境中的設計能力與問題解決,要求學生將學習到的各學科知識與過程轉變成探究世界相互聯系的不同側面。在教學過程中,大部分STEAM課程采用項目學習法,將課程內容分解成具體項目進行教與學,把知識講解和實際實踐有機地整合在一起,給學生充足時間在實踐中解決實際問題。例如,《Arduino創意機器人》將課程分為三個單元,從LED、風扇、小車三個方面進行項目聚類(見表2);《跟我學App Inventor》將課程分為入門篇、游戲篇、學習篇、實踐篇(見表3),通過由淺入深、循序漸進的課程內容,最終要求學生能完成一個功能相對完整的APP。
另外,本STEAM課程群在開設中需要注意以下幾點。一是課程開設時間。為了確保學生的實踐時間,STEAM課程基本上采用兩節課連上的方式開展;二是學生選課規則。本STEAM課程群中的幾門課程都是作為選修課供學生自由選擇的。學生每次只能選擇一門課程,且不能重復選擇;三是課程軟硬件平臺。本STEAM課程群中,基本采用開源軟硬件為課程平臺,如在硬件方面采用Arduino、樹莓派等,在編程方面采用ArduBlock、Mixly、App Inventor、Scratch、S4A和Processing等軟件,在3D建模方面則分別使用SketchUp和OpenScad等。